文献信息：

原名：Microbial community assembly mediated by soil organic carbon stability in aggregates under long-term enclosure alpine meadows

译名：长期围封高寒草甸团聚体中土壤有机碳稳定性介导的微生物群落构建

期刊：Ecological Indicators

IF：8.7

发表日期：2026.8

第一作者：郑陈风 愚广灵 新疆农业大学资源与环境学院

通讯作者：周建勤副教授（新疆农业大学贾宏涛教授团队）

背景：

高寒草甸因低温环境和生态脆弱性，对维持区域碳平衡至关重要，但极易受过度放牧和气候变化影响而退化。围封是恢复退化草地和增加SOC储量的关键策略，但团聚体尺度上SOC稳定性的微生物机制尚不清楚。

团聚体结构的改善，特别是大团聚体比例的增加，改变了SOC组分在这些微生境中的空间分布。具体而言，大团聚体通常富集易氧化有机碳（F1）和易氧化有机碳（F2），这些组分容易分解，是SOC周转的“热点”；而微团聚体主要为难氧化有机碳（F3）和氧化抗性有机碳（F4）提供物理保护，促进长期碳保留。

   土壤微生物是SOC转化的核心驱动者，其群落构建受确定性和随机性过程调控。然而，围封引起的SOC组分变化、微生物构建过程和共现网络属性如何共同驱动团聚体微生境中的碳固存，仍不清楚。

科学问题：

（1）长期围封对SOC及其组分动态的影响。

（2）围封引起的团聚体微生境变化对微生物群落结构、多样性、构建过程和网络的影响。

（3）关键SOC组分、微生物构建过程和网络属性对团聚体内SOC稳定性的共同调控机制。

材料与方法：

（1）研究地点：新疆巴音布鲁克高寒草原（海拔约2500 m，年均温4.8°C，土壤为粉砂质黏土，分类为Mat-Cryic Cambisol / Boroll）。

（2）实验设计：依托中国科学院新疆生态地理研究所巴音布鲁克草原生态系统研究站，1984年建立围封系统，设置围封区（GE）和相邻自由放牧区（FG）。2021年6月，在围封内外各随机设置8个2 m × 2 m样方（共16个），样方间距>5 m，距围栏>5 m以减少边缘效应。采集0–20 cm原状土，冷藏车运回实验室。

（3）团聚体分级：采用新鲜土干筛法（为最大程度保留微生物群落结构、减少碳损失），依次过2 mm和0.25 mm灭菌筛，获得LMA（>2 mm）、SMA（2–0.25 mm）、MIA（<0.25 mm）。每个团聚体组分分两份：一份-80°C保存用于DNA提取，另一份用于化学分析（SOC组分和pH）。

（4）DNA提取与测序：PowerSoil DNA Isolation Kit提取DNA；细菌16S V3–V4区（338F/806R），真菌ITS区（ITS1/ITS2）；Illumina HiSeq 2500平台测序；FLASH拼接、Trimmomatic质控、UCHIME去嵌合、USEARCH在97%相似度下聚类OTU；SILVA（细菌）和UNITE（真菌）数据库注释。

结果：

（1）长期围封显著提高了所有粒径团聚体的 SOC 含量（p < 0.01）。围封区 F1（极易分解）、F2（易分解）、F3（较难分解）含量均显著高于放牧区（p < 0.001），而 F4（抗氧化难分解）含量显著降低（p < 0.001）。粒径效应因组分而异：围封区微团聚体（MIA）的 F1 显著低于大团聚体（LMA）和小团聚体（SMA）；F3 和 F4 在各粒径间无显著差异，表明其积累基本独立于团聚体大小（图1A）。

图1 土壤有机碳（SOC）及其组分含量与微生物群落的变化

（2）细菌优势门为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门等；真菌优势门为子囊菌门、担子菌门等。围封显著改变了部分优势类群的相对丰度（图1B）。

群落构建呈现显著的类群分化：细菌群落构建在围封内外均以确定性过程为主（同质选择，|βNTI| > 2）；真菌群落则以随机过程为主（|βNTI| < 2），且受生境和团聚体大小双重影响（如围封区大团聚体以生态漂变为主，小团聚体和微团聚体以同质扩散为主）（图2A, 图2B）。

图2 微生物群落的构建过程与共现模式

（3）放牧区细菌网络边数和平均度高于围封区，互作更复杂；围封区真菌网络虽节点较少，但97.27%的互作为正相关，表现出高度协同。跨粒径分析显示，网络复杂性从大团聚体到微团聚体递增。围封区细菌关键类群为放线菌门（OTU240、OTU45）、芽单胞菌门（OTU4852）和绿弯菌门（OTU88）；真菌关键类群为壶菌门（OTU18）和子囊菌门（OTU11）（图2C-F）。其中，OTU45和OTU240在微团聚体富集，OTU4852在大团聚体富集，且这些细菌关键类群与SOC及F1–F3正相关，与F4负相关（图3A）。

图3 微生物群落构建、SOC 与关键类群之间的相关性与共现模式

（4）分类群-环境网络显示：放牧区以 SOC 和 F2 为核心节点；围封区 F2 连接消失，F1 成为关键节点；F4 在围封内外均未形成显著连接（图3B）。线性回归表明：放牧区 SOC 与细菌 α 多样性及真菌 Chao1 显著相关；围封区 SOC 与 α 多样性无显著相关。SOC 在围封内外均与真菌 βNTI 显著相关（p < 0.05），但 F1–F4 与细菌或真菌 βNTI 均无显著相关。PLS-PM 路径模型揭示：SOC 及其组分直接驱动微生物群落构建；团聚体大小通过调控 α 多样性间接影响关键类群。关键类群作用具生境特异性：围封区细菌关键类群影响更大，放牧区真菌关键类群影响更显著（图4A-D）。

图4 调控微生物群落构建过程各因素的偏最小二乘路径模型

结论：

（1）长期围封促进团聚体内有机碳的差异化稳定：活性组分（F1–F3）显著增加，而抗氧化难分解组分（F4）降低。尽管 F4 未增加，但大团聚体的物理保护与 K-策略细菌的高效利用共同促使总 SOC 呈净增加趋势。

（2）微生物群落构建遵循类群特异性规则：细菌群落主要由确定性过程主导（同质选择），而真菌群落则以随机过程为主。其中，F1、F2、F3 通过降低资源竞争差异化地削弱同质选择，而 F4 则通过资源限制强化环境过滤，从而增强同质选择。

（3）跨界互作驱动生态系统功能：细菌群落组成对真菌构建过程的显著影响，凸显了跨界互作（多营养级联合驱动）在生态系统功能中的关键作用。

（4）明确了围封管理的固碳机制：长期围封通过驱动 SOC 组分在团聚体微生境中的空间分异，塑造异质性资源环境，进而介导微生物由 r-策略向 K-策略转变，并重构了稳定的、以真菌为主导的合作网络。SOC 组分、微生物构建过程与网络拓扑属性的协同作用，最终提升了固碳效率（图5）。该机制深化了将团聚体视为土壤碳周转功能单元的理解，并证明围封是恢复退化高寒草甸的有效管理实践，为通过微生物生态学优化恢复策略提供了理论支撑。

图5 长期围封增强团聚体微生境中土壤有机碳稳定性与固碳机制的示意图